學(xué)科前沿課件0803

1、1 1 四象限變流器的基本原理四象限變流器的基本原理一、電壓電流相量與功率傳遞方向一、電壓電流相量與功率傳遞方向 當(dāng)當(dāng)iS與與eS反相時反相時=180，pf= -1，P為負(fù)，平均為負(fù)，平均功率從負(fù)載側(cè)傳送給電網(wǎng)。功率從負(fù)載側(cè)傳送給電網(wǎng)。當(dāng)當(dāng) iS與與eS同相時同相時=0，pf=1，平，平均功率均功率P0， P=ESIScos，能，能量量(平均值平均值)正向傳送，從電源正向傳送，從電源到負(fù)載傳送。到負(fù)載傳送。 專題：專題： 四象限變流器及控制系統(tǒng)四象限變流器及控制系統(tǒng)Load+-SeSi 當(dāng)當(dāng)= 90 時，功率的瞬時波形半周正半周負(fù)，時，功率的瞬時波形半周正半周負(fù)，P=0。Goback 4 Qu

2、adrant Converter 4QC 又稱作可逆整流器（又稱作可逆整流器（Reversing Rectifier），）， 雙向雙向AC/DC變換器（變換器（Bidirectional AC/DC Converter） 一般而言，當(dāng)一般而言，當(dāng)=0 90時，時，P0； = 90 180，P 0。即。即IS相對于相對于ES的相的相量圖中，量圖中，IS可位于四象限的任一位置，其結(jié)果直可位于四象限的任一位置，其結(jié)果直接影響著功率的傳遞方向和大小。接影響著功率的傳遞方向和大小。二、二、 四象限變流器的職能四象限變流器的職能轉(zhuǎn)框圖 典型應(yīng)用之一：典型應(yīng)用之一：交交-直直-交變頻調(diào)速的交交變頻調(diào)速的交-

3、直環(huán)節(jié)，直環(huán)節(jié)，即可逆整流器：即可逆整流器： 職能職能：AC側(cè)電流始終為正弦波；電壓與電流間側(cè)電流始終為正弦波；電壓與電流間的相位差角的相位差角可在可在0 180任意設(shè)定；任意設(shè)定；DC側(cè)側(cè)Ud穩(wěn)定可調(diào)。穩(wěn)定可調(diào)。v當(dāng)電機處于電動狀態(tài)當(dāng)電機處于電動狀態(tài)： =0+90可任意設(shè)定，可任意設(shè)定，通常通常=0，pf=1；v再生制動：再生制動： =+90+180可任意設(shè)定，通可任意設(shè)定，通常常=180，pf= -1。 人們?yōu)榱藢崿F(xiàn)這種理想的功率變換器，采取過多人們?yōu)榱藢崿F(xiàn)這種理想的功率變換器，采取過多種辦法，如種辦法，如SCR、IGBT等。等。轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)圖+AC/DCDC/ACM3-esGoback典型應(yīng)用

4、之二：電力系統(tǒng)無功補償?shù)湫蛻?yīng)用之二：電力系統(tǒng)無功補償 靜止無功發(fā)生器（補償器）：靜止無功發(fā)生器（補償器）：SVG（STATCOM）典型應(yīng)用之三：電力有源濾波器（典型應(yīng)用之三：電力有源濾波器（APF)直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電變流器主電路方案變流器主電路方案1 1690V/10KVPWM整流并網(wǎng)逆變永磁同步發(fā)電機變壓器電網(wǎng)整流永磁同步發(fā)電機三重升壓斬波并網(wǎng)逆變690V/10KV變壓器電網(wǎng)直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電變流器主電路方案變流器主電路方案2 2三、三、4QC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 通過適當(dāng)控制通過適當(dāng)控制S1、S2的通斷的通斷,可使可使is按一定按一定的規(guī)律和要求變化

5、。的規(guī)律和要求變化。比如使比如使is 為某大小給為某大小給定的正弦波，其相位定的正弦波，其相位與與es 同相。同相。 利用利用升壓式升壓式變換器作用原理。變換器作用原理。 半橋結(jié)構(gòu)，三個半橋構(gòu)成三相半橋結(jié)構(gòu)，三個半橋構(gòu)成三相4QC。esuL-iS+-s1s2+-UdKP+N 當(dāng)當(dāng)S1 on, S2 off, = 0，is KU+-+SE-SILjisS1 onS2 onis*RidtdiLueSSKSGoback轉(zhuǎn)4QC圖Pf=-1=180SIKUSILjSESILjKUSISISILjSEKUiS 超前SISI LjSEKUiS 滯后轉(zhuǎn)AC回路 +-NLLLR+-C+-123+-CO 三相橋

6、式4QCRR 主要包括主要包括: 4QC主電路、驅(qū)動、主電路、驅(qū)動、is反饋、外圍的同反饋、外圍的同步信號、正弦信號形成、乘法器、步信號、正弦信號形成、乘法器、PI、Ud*、Ud反饋等環(huán)節(jié)。反饋等環(huán)節(jié)。 2 2 4QC閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng) 小慣性電流跟蹤控制環(huán)節(jié)：小慣性電流跟蹤控制環(huán)節(jié)： uK的的PWM控制規(guī)律：控制規(guī)律： 在數(shù)字化控制系統(tǒng)中，電流對給定信號的響應(yīng)在數(shù)字化控制系統(tǒng)中，電流對給定信號的響應(yīng)至少存在一個采樣周期至少存在一個采樣周期Ts的延時，可將的延時，可將is對給定對給定is*的電流跟蹤作用視為一個小延遲環(huán)節(jié)，的電流跟蹤作用視為一個小延遲環(huán)節(jié)，即 周期周期Ts為延遲時間。為延

7、遲時間。dtdiLRieuSSSK)()(*SSSTtiti轉(zhuǎn)系統(tǒng)圖Goback 4QC閉環(huán)控制系統(tǒng)：閉環(huán)控制系統(tǒng)：- 負(fù) 載dk*Ku)sin(*t 驅(qū)動 4QC 濾波 鎖相同步PWM 同號 步形 信成 正信 弦號 參形 考成移相電壓控制器+*dUTiiieussssskLR*dkKUud21esisisUdeS*ImUd)sin(*tIimSGoback 即微分即微分dis/dt可用兩電流之差與可用兩電流之差與Ts之比來取代來之比來取代來進行計算進行計算uK 。 取拉氏變換，據(jù)位移定理得傳函：取拉氏變換，據(jù)位移定理得傳函： 將將 按泰勒級數(shù)展開，由于按泰勒級數(shù)展開，由于 Ts很小，忽略高次

8、很小，忽略高次項得：項得： eeiiSSssTTsssGss1)(*)()(eSTssTsGS11)( 此式表明，在延時很小的條件下，延遲環(huán)節(jié)可用此式表明，在延時很小的條件下，延遲環(huán)節(jié)可用一個一個小慣性環(huán)節(jié)小慣性環(huán)節(jié)來代替，寫成微分方程：來代替，寫成微分方程：*iiiTsssSdtdTiiissssdtd*轉(zhuǎn)系統(tǒng)圖轉(zhuǎn)方程 占空比的控制規(guī)律：占空比的控制規(guī)律： 在在uK的控制規(guī)律確定之后，如何將給定的的控制規(guī)律確定之后，如何將給定的uK轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為占空比為占空比d 的控制規(guī)律，以便使的控制規(guī)律，以便使PWM脈沖序列脈沖序列的調(diào)制信號為的調(diào)制信號為uK ，即產(chǎn)生，即產(chǎn)生uK對應(yīng)的對應(yīng)的PWM開關(guān)脈開

9、關(guān)脈沖序列。沖序列。 此方程式將電流給定與反饋信號有機結(jié)合在一起，此方程式將電流給定與反饋信號有機結(jié)合在一起，使系統(tǒng)對電路參數(shù)（使系統(tǒng)對電路參數(shù)（L、R）變化的敏感度降低，）變化的敏感度降低，提高系統(tǒng)的魯棒性（提高系統(tǒng)的魯棒性（robustness，堅固、健壯、，堅固、健壯、結(jié)實）。結(jié)實）。 SICT Small Inertia Current TrackingTiiieuSssssKLR*轉(zhuǎn)系統(tǒng)圖 當(dāng)當(dāng) uK =0，d=0.5; 當(dāng)當(dāng)uK 最大最大,d=1; 當(dāng)當(dāng)uK= -Ud/2最小最小, d=0。)1 (22dUdUuddKCdCdCKTdUTdUTu)1 (22)21() 12(2dU

10、dUuddKdKUud212dUTcKu0t轉(zhuǎn)系統(tǒng)圖 當(dāng)當(dāng) UdUd*，比如電機發(fā)電制動，使逆變器，比如電機發(fā)電制動，使逆變器DCDC側(cè)側(cè)Ud增大，則增大，則0， Im*經(jīng)積分變負(fù)，從而使經(jīng)積分變負(fù)，從而使iS*比比原來反相原來反相, ,則則iS跟蹤變化導(dǎo)致跟蹤變化導(dǎo)致 iS 與與eS 反相，反相，pf=-1，DC側(cè)能量回饋到電網(wǎng)。側(cè)能量回饋到電網(wǎng)。 當(dāng)當(dāng) Ud0，PI積分使積分使Im*增大，即增大，即iS*正弦幅正弦幅度增大度增大, ,通過適當(dāng)?shù)耐ㄟ^適當(dāng)?shù)膗K控制使控制使iS 幅度增大幅度增大（ iS與與eS 同相且均為正弦同相且均為正弦），），P增大，使增大，使Ud增大，直到增大，直到Ud

11、=Ud*。 位置式位置式PI調(diào)節(jié)調(diào)節(jié): *的給定范圍為的給定范圍為0+90, 通常通常 *=0， iS與與eS 相位相同相位相同，pf=1。 nknnknInIIPmm1) 1()(轉(zhuǎn)系統(tǒng)圖 升壓式直流斬波電路升壓式直流斬波電路LuTGoback3.有源無功與諧波補償器及控制系統(tǒng)有源無功與諧波補償器及控制系統(tǒng) Active Var and Harmonic Compensator 4QC在電力系統(tǒng)無功補償中的應(yīng)用 靜止無功發(fā)生器 (SVG) 靜止無功補償裝置 (STATCOM) SVG三相橋式主電路（四象限變流器）如同電壓型逆變器，但交流側(cè)不是無源負(fù)載而是接電網(wǎng)。 僅當(dāng)考慮基波頻率時，SVG等

12、效為幅值和相位均可控且與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源。無功發(fā)生器的主電路無功發(fā)生器的主電路Goback 交流側(cè)等效回路，SVG從電網(wǎng)吸收的電流 ，即連接電抗電流，可由SVG提供的電壓 來控制。 改變 的幅度和相對于 的相位，就可以改變 ，從而控制SVG從電網(wǎng)吸收的電流 的相位和幅度，也就控制了SVG吸收無功的性質(zhì)和大小。 若連接電抗為純電感，無損耗，不從電網(wǎng)吸收有功，則只需 與 同相。 當(dāng)UI US，電流超前90，SVG吸收容性無功；當(dāng)UI US，電流滯后90，吸收感性無功。IIUSULUIUSUIIU轉(zhuǎn)框圖 非線性負(fù)載非線性負(fù)載：加入正弦電壓，而吸收電流為非正加入正弦電壓，而吸收電流為非正弦，發(fā)生

13、畸變。弦，發(fā)生畸變。 一、無功與諧波補償器的基本原理一、無功與諧波補償器的基本原理4QC在電力有源濾波器中的應(yīng)用在電力有源濾波器中的應(yīng)用 Active Power Filter（APF） 設(shè)正弦交流電源設(shè)正弦交流電源 非線性負(fù)載電流可分解為：非線性負(fù)載電流可分解為： In為有效值，為有效值， n 為相角。為相角。 )sin(20nnnLtnIitEeSSsin2轉(zhuǎn)框圖 周期平均功率：周期平均功率： 上式中第一項與上式中第一項與eS 同相，同相，為為iL 的的基波有功分量基波有功分量ip ;第第2項與項與eS相差相差90，為，為基波無基波無功分量，記作功分量，記作ir ；I0為為DC分分量，也不

14、產(chǎn)生有功；第量，也不產(chǎn)生有功；第4項項為為iL的高次諧波分量之和，的高次諧波分量之和，記作記作ih。 hrPnnnLiIiitnIItItIi0201111)sin(2 cossin2sin cos21rI1ISEPIes非線性負(fù)載iLSiPs=PQs=0Pc=0Qc=-QCiP,QdtTdtTPiIiieiehrpTSLTs11000Goback 積分結(jié)果除第一項外其余項均為零，即：積分結(jié)果除第一項外其余項均為零，即：11cosIEPS 其余均為無功電流，使其余均為無功電流，使pf降低降低 。ES、I1均為有效均為有效值。值。 1為為基波功率因數(shù)角（位移因數(shù)角）基波功率因數(shù)角（位移因數(shù)角），

15、可見，可見若在電源與負(fù)載之間引入一個適當(dāng)?shù)娜粼陔娫磁c負(fù)載之間引入一個適當(dāng)?shù)难a償電流補償電流： )(0iIiihrc 則補償后電源輸出的電流為：則補償后電源輸出的電流為： 即，即，iS 只含有功基波正弦電流分量，只含有功基波正弦電流分量，pf=1。只。只要引入的要引入的iC適當(dāng)，就可以恰好將適當(dāng)，就可以恰好將iL的無功分量完的無功分量完全抵消補償?shù)?。但注意，全抵消補償?shù)?。但注意?iC并不含有功分量并不含有功分量，故補償網(wǎng)絡(luò)不消耗有功功率，只補償無功功率故補償網(wǎng)絡(luò)不消耗有功功率，只補償無功功率（-Q）。iiiipCLS轉(zhuǎn)框圖二、二、4QC無功與諧波補償系統(tǒng)無功與諧波補償系統(tǒng) iC如何得到？如何得

16、到？由前式可得：由前式可得： iP 為基波正弦有功電流，為基波正弦有功電流， 即即 iS的目標(biāo)電流波形。的目標(biāo)電流波形。 iC既補償了無功又補償了諧波，使既補償了無功又補償了諧波，使iS 得以凈化，得以凈化，無任何諧波，且與無任何諧波，且與 eS 同相，同相，pf=1。 iiiLpc 半橋式半橋式4QC作無功補償器主電路，作無功補償器主電路，其其DC側(cè)無負(fù)側(cè)無負(fù)載，不消耗有功功率載，不消耗有功功率,但大電容可以緩存無功能但大電容可以緩存無功能量。通常量。通常iC 也與也與eS 進行能量交換。它與非線性負(fù)進行能量交換。它與非線性負(fù)載載iL和電源之間的能量交換極性相反，和電源之間的能量交換極性相反

17、， iL 吞時，吞時， iC吐（大電容貯能釋放），吐（大電容貯能釋放）， iL吐時，吐時， iC吞，瞬時吞，瞬時調(diào)節(jié)，離不開閉環(huán)控制系統(tǒng)。調(diào)節(jié)，離不開閉環(huán)控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)框圖轉(zhuǎn)系統(tǒng)圖Goback 電壓控制環(huán)節(jié)電壓控制環(huán)節(jié): Vd*為為DC側(cè)電壓給定。側(cè)電壓給定。DC側(cè)實側(cè)實際電壓經(jīng)隔離放大、濾波后與際電壓經(jīng)隔離放大、濾波后與Vd*比較，其偏差比較，其偏差信號加至信號加至PI調(diào)節(jié)器，其輸出代表調(diào)節(jié)器，其輸出代表iP 的正弦幅度給的正弦幅度給定定Ip*。10uF電容上的電壓與電容上的電壓與Vd*之差作用于之差作用于1k電電阻上，決定著積分電流的大小，若兩電壓相等，阻上，決定著積分電流的大小，若兩電壓相

18、等，則積分停止。則積分停止。 變壓器副邊得到與變壓器副邊得到與eS同步的正弦參考信號（單位同步的正弦參考信號（單位幅度）幅度） 。這一目標(biāo)電流與。這一目標(biāo)電流與eS 同頻同同頻同相。經(jīng)求和環(huán)節(jié)得到相。經(jīng)求和環(huán)節(jié)得到: 即得目標(biāo)電流所需要的補償電流給定信號。即得目標(biāo)電流所需要的補償電流給定信號。 iC反反饋電流經(jīng)滯環(huán)電流跟蹤控制環(huán)節(jié)實現(xiàn)對饋電流經(jīng)滯環(huán)電流跟蹤控制環(huán)節(jié)實現(xiàn)對iC*的跟蹤。的跟蹤。tIiPPsin*iiiLpc*轉(zhuǎn)系統(tǒng)圖 可見在可見在iC 能跟蹤能跟蹤iC* 變化的條件下變化的條件下, iC補償是否適補償是否適當(dāng)，決定于當(dāng)，決定于iP* 是否準(zhǔn)確是否準(zhǔn)確, iP*決定于決定于IP*

19、，即，即PI輸輸出。好在通過電壓閉環(huán)系統(tǒng)控制可使出。好在通過電壓閉環(huán)系統(tǒng)控制可使IP*自動穩(wěn)自動穩(wěn)定在適當(dāng)值上。定在適當(dāng)值上。 滯環(huán)比較器一身兼二職，滯環(huán)比較器一身兼二職，既作為既作為PWM信號發(fā)生信號發(fā)生器，又具有電流調(diào)節(jié)器器，又具有電流調(diào)節(jié)器ACR的作用。的作用。 iC* 為平滑為平滑的非正弦模擬信號，的非正弦模擬信號，iC為鋸齒狀變化的波形。為鋸齒狀變化的波形。比如某瞬時比如某瞬時(LF411出低出低)M2管管on, iC ,當(dāng)當(dāng)iC 大過大過iC*一個一個 值時值時經(jīng)反相使經(jīng)反相使LF411負(fù)端電位拉低，正負(fù)端電位拉低，正端電位高，則輸出為正飽和，驅(qū)動端電位高，則輸出為正飽和，驅(qū)動M1

20、管管on，使，使iC 。轉(zhuǎn)系統(tǒng)圖三、三、PSPICE仿真結(jié)果仿真結(jié)果 若若iC補償不很適當(dāng)，比如補償不很適當(dāng)，比如 iS= iP* 偏大偏大, 則則4QC吸收吸收部分有功會使部分有功會使Vd Ip* ，使，使iC*自動得以調(diào)整，自動得以調(diào)整，直到穩(wěn)態(tài)直到穩(wěn)態(tài)Ps=P時時, PC=0，Vd穩(wěn)定于穩(wěn)定于Vd*，Ip*恒定。恒定。Ip*決定了一個合適的決定了一個合適的iC*，而，而iC又維持了一個合適又維持了一個合適的的Ip*，二者相互維持。，二者相互維持。 iS定為與定為與eS 同頻、同相的正弦波。因為同頻、同相的正弦波。因為 *iiiiiiipLLpLCS轉(zhuǎn)系統(tǒng)圖轉(zhuǎn)框圖轉(zhuǎn)系統(tǒng)圖 當(dāng)S=on (D

21、=off)，在時間間隔dT內(nèi)有:一、一、Buck型型DC/DC變換器的數(shù)學(xué)模型變換器的數(shù)學(xué)模型 4 4QC4 4QC的建模方法的建模方法 數(shù)學(xué)建模的意義：數(shù)學(xué)建模的意義：用于模擬實驗仿真研究；數(shù)值用于模擬實驗仿真研究；數(shù)值分析計算；閉環(huán)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計；理論研究。分析計算；閉環(huán)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計；理論研究。S+-DR+-iUuoCLiRudtduCiudtdiLUOOOiGoback RCuCidtduLuLUdtdiOOOiiOOULuiRCCLui011110狀態(tài)方程以兩個狀態(tài)元件狀態(tài)方程以兩個狀態(tài)元件i 和和uO作作狀態(tài)變量狀態(tài)變量。 當(dāng)當(dāng)S=off（D=on），在時間間隔（），在時間間隔（1-d

22、)T內(nèi)：內(nèi)：RudtduCiudtdiLOOO0RCuCidtduLudtdiOOOTdT轉(zhuǎn)電路圖開關(guān)開關(guān)S的通斷對應(yīng)有兩種結(jié)構(gòu)，開關(guān)作用形成的通斷對應(yīng)有兩種結(jié)構(gòu)，開關(guān)作用形成變變結(jié)構(gòu)非線性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)非線性網(wǎng)絡(luò)，無法用一個統(tǒng)一線性模型解析，無法用一個統(tǒng)一線性模型解析表達式來描述，盡管每一個是線性模型。表達式來描述，盡管每一個是線性模型。iOOUuiRCCLui001110寫為寫為狀態(tài)方程形式：狀態(tài)方程形式：UBXAXUBXAX2211BUAXX稱作稱作狀態(tài)空間平均狀態(tài)空間平均(SSA)模型模型。 21AddAA21BddBBdd1d為為PWM占空比。占空比。轉(zhuǎn)電路圖得得DC/DC的統(tǒng)一的統(tǒng)一SS

23、A模型：模型：iOOULduiRCCLui01110 由上述由上述SSA模型聯(lián)立求解：模型聯(lián)立求解：RCuCiuULdLuiOOiOLCUduLCuRCuRCuLCUdLCuuiOOOOiOO11 穩(wěn)態(tài)解穩(wěn)態(tài)解(特解特解):iOUdu可見穩(wěn)態(tài)波形為常值。實際上可見穩(wěn)態(tài)波形為常值。實際上 , uO輸出有紋波輸出有紋波脈動，紋波頻率即脈動，紋波頻率即PWM開關(guān)頻率。開關(guān)頻率。 SSA模型的解沒有將紋波反映出來，這是取平均模型的解沒有將紋波反映出來，這是取平均值的結(jié)果。值的結(jié)果。SSA模型沒有反映各狀態(tài)變量的細(xì)節(jié)模型沒有反映各狀態(tài)變量的細(xì)節(jié)，但卻使分析建模變得簡單。它基本上反映了狀但卻使分析建模變得

24、簡單。它基本上反映了狀態(tài)變量的宏觀上的態(tài)變量的宏觀上的平均值變化規(guī)律平均值變化規(guī)律及靜動態(tài)波及靜動態(tài)波形。形。 開關(guān)式網(wǎng)絡(luò)的精確的解析建模往往很復(fù)雜，阻開關(guān)式網(wǎng)絡(luò)的精確的解析建模往往很復(fù)雜，阻礙了變換器系統(tǒng)的動態(tài)分析與設(shè)計的順利進行。礙了變換器系統(tǒng)的動態(tài)分析與設(shè)計的順利進行。1976年美國加利福尼亞理工學(xué)院的年美國加利福尼亞理工學(xué)院的Brook和和Cuk首先提出了首先提出了SSA方法，較好的解決了方法，較好的解決了PWM變換變換器的器的低頻小信號建模分析低頻小信號建模分析的問題。的問題。二、二、4QC半橋電路的半橋電路的SSA模型模型 （參見（參見 電氣傳動電氣傳動98(6)uL-iS+-es

25、s1s2+-udKP+NCCLu1u2RLeL 當(dāng)S1=on，S2=off:LLLLSSSSReuudtduCReuuidtduCRiuedtdiL2122111GobackLSLLSLLLLSeeRRuuiRRRRRuCuCiL/10/1001/1/10/1/11012121狀態(tài)方程形式：狀態(tài)方程形式： 當(dāng)S1=off，S2=on:LLSLLSSSReuuidtduCReuudtduCRiuedtdiL2122112轉(zhuǎn)電路圖LSLLSLLLLSeeRRuuiRRRRRuCuCiL/10/1001/1/11/1/10102121LSLLSLLLLSeeRRuuiRRdRRdddRuCuCiL/

26、10/1001/1/1/1/12121即即 半橋半橋4QC的的SSA模型。模型。狀態(tài)方程形式：狀態(tài)方程形式：21AddAA21BddBB2121110uuuuiuSd輸出方程：輸出方程：Goback轉(zhuǎn)電路圖BUAXXZ三、三、4QC半橋電路的半橋電路的SSA模型仿真結(jié)果模型仿真結(jié)果 該模型的該模型的狀態(tài)變量為狀態(tài)變量為iS 、u1、u2 ，三個動態(tài)元件，三個動態(tài)元件的慣性量。模型中的的慣性量。模型中的d 和和d 即為控制變量，亦為即為控制變量，亦為時變參數(shù)。狀態(tài)方程為時變參數(shù)。狀態(tài)方程為時變參數(shù)矩陣時變參數(shù)矩陣。-40040320340360轉(zhuǎn)電路圖 325350375320340360轉(zhuǎn)電路

27、圖 696698700702704320340360轉(zhuǎn)電路圖轉(zhuǎn)電路圖轉(zhuǎn)系統(tǒng)圖Goback轉(zhuǎn)電路圖轉(zhuǎn)波形圖 由由4QC半橋單元的半橋單元的SSA模型模型,可直接寫出其相應(yīng)的可直接寫出其相應(yīng)的開關(guān)函數(shù)模型及其狀態(tài)空間矩陣：開關(guān)函數(shù)模型及其狀態(tài)空間矩陣： 四、四、4QC的開關(guān)函數(shù)模型的開關(guān)函數(shù)模型 若論及若論及4QC的的SSA模型的根本來源模型的根本來源,應(yīng)該追溯到應(yīng)該追溯到其其開關(guān)函數(shù)模型開關(guān)函數(shù)模型。就。就SSA模型而言模型而言,盡管比較簡盡管比較簡單單,但不能反映各狀態(tài)變量的開關(guān)頻率紋波。但不能反映各狀態(tài)變量的開關(guān)頻率紋波。SSA模型實質(zhì)上是由開關(guān)函數(shù)模型模型實質(zhì)上是由開關(guān)函數(shù)模型,在高開關(guān)頻

28、在高開關(guān)頻率條件下率條件下,經(jīng)過取經(jīng)過取開關(guān)周期平均開關(guān)周期平均簡化而來的簡化而來的。 ZxA xBeq ARqqqRRqRRqLLLL 1111/Zdiag LCCeeeSLTxivvsT12BRRLL100101/式中，式中，q為為開關(guān)函數(shù)開關(guān)函數(shù),其表示形式為：其表示形式為： qntndndtnndtndnccc0111135當(dāng)當(dāng)()()()()()()(, , ,)轉(zhuǎn)SSA模型)(CT2)1 (d)1 (d0qntndndtnndtndnccc0111135當(dāng)當(dāng)()()()()()()(, , ,)Goback 該式實際上所表示的是按照占空比該式實際上所表示的是按照占空比d 的變化規(guī)律

29、的變化規(guī)律進行調(diào)制的進行調(diào)制的PWM脈沖序列脈沖序列, 其中的其中的 c為開關(guān)角頻為開關(guān)角頻率。率。SSA模型中的模型中的占空比占空比 d 是是 q 在各開關(guān)周期上在各開關(guān)周期上的平均值函數(shù)。的平均值函數(shù)。即即 d tq tTq t dtC( )( )( )1 nT(n 1)TCC qqdnndntncn1121()sin()cosqdnndntnnc()sin()cos121運用開關(guān)函數(shù)模型運用開關(guān)函數(shù)模型, 便于進行開關(guān)頻率級的高頻紋便于進行開關(guān)頻率級的高頻紋波分析?？傻貌ǚ治觥？傻?q 的的傅氏級數(shù)展開式傅氏級數(shù)展開式 ： 轉(zhuǎn)示意圖代入原狀態(tài)方程得：代入原狀態(tài)方程得： 其中其中A即原即原

30、SSA模型模型的系統(tǒng)矩陣的系統(tǒng)矩陣, 用以描述變流器用以描述變流器的的低頻靜、動態(tài)特性低頻靜、動態(tài)特性, 矩陣給出開關(guān)頻率級的高矩陣給出開關(guān)頻率級的高頻特性頻特性。狀態(tài)變量也可以相應(yīng)地分為兩部分：狀態(tài)變量也可以相應(yīng)地分為兩部分：通常通常高頻諧波成分比低頻成分小得多高頻諧波成分比低頻成分小得多,開關(guān)函數(shù)模開關(guān)函數(shù)模型與型與SSA模型的狀態(tài)變量含義并不完全相同模型的狀態(tài)變量含義并不完全相同,后者后者是前者忽略高頻諧波情況下的簡化結(jié)果是前者忽略高頻諧波情況下的簡化結(jié)果 。 AAAqhxxxlh五、五、4QC半橋電路的開關(guān)函數(shù)模型仿真結(jié)果半橋電路的開關(guān)函數(shù)模型仿真結(jié)果 突加負(fù)載情況下的交流側(cè)電流波形：

31、突加負(fù)載情況下的交流側(cè)電流波形：轉(zhuǎn)電路圖 突加反電勢情況下的交流側(cè)電流波形：突加反電勢情況下的交流側(cè)電流波形： 轉(zhuǎn)電路圖 突加反電勢情況下的電壓、電流波形：突加反電勢情況下的電壓、電流波形： uL-iS+-ess1s2+-udKP+NCCLu1u2RLeLGoback 轉(zhuǎn)電路圖5 5 單位功率因數(shù)整流器及控制系統(tǒng)單位功率因數(shù)整流器及控制系統(tǒng)1、主電路部分、主電路部分傳統(tǒng)的開關(guān)電源大量采用不控整流加電解電容傳統(tǒng)的開關(guān)電源大量采用不控整流加電解電容濾波供電，其濾波供電，其網(wǎng)側(cè)電流波形為尖峰脈沖網(wǎng)側(cè)電流波形為尖峰脈沖，輸入，輸入電流波形嚴(yán)重畸變，功率因數(shù)非常低。為滿足電流波形嚴(yán)重畸變，功率因數(shù)非常低

32、。為滿足要求，有必要采用要求，有必要采用功率因數(shù)校正功率因數(shù)校正技術(shù)。技術(shù)。典型的單位功率因數(shù)整流電路采用橋式整流加典型的單位功率因數(shù)整流電路采用橋式整流加標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)Boost升壓變換器升壓變換器。升壓電路的輸入電流。升壓電路的輸入電流等于升壓電感電流，因此可以通過等于升壓電感電流，因此可以通過控制電感電控制電感電流跟蹤輸入電壓變化流跟蹤輸入電壓變化來降低輸入電流畸變，使來降低輸入電流畸變，使功率因數(shù)大大提高，近似為功率因數(shù)大大提高，近似為1。 轉(zhuǎn)電路圖 各器件的作用：各器件的作用：L為儲能電感；為儲能電感；VT為通斷開關(guān)，為通斷開關(guān)，可采用可采用MOS管或管或IGBT等開關(guān)管；等開關(guān)管；RS為

33、檢測電流為檢測電流的取樣電阻；的取樣電阻；R為負(fù)載；為負(fù)載；C起濾波作用。起濾波作用。 vinLVTVDRC+-VORSGoback 2、控制部分、控制部分本方案控制部分本方案控制部分主要包括主要包括: PI調(diào)節(jié)器部分、乘法調(diào)節(jié)器部分、乘法器部分、電壓電流檢測部分、開關(guān)管驅(qū)動部分器部分、電壓電流檢測部分、開關(guān)管驅(qū)動部分以及滯環(huán)比較環(huán)節(jié)。而其中的關(guān)鍵是以及滯環(huán)比較環(huán)節(jié)。而其中的關(guān)鍵是PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器和滯環(huán)比較環(huán)節(jié)的設(shè)計。和滯環(huán)比較環(huán)節(jié)的設(shè)計。該電路正常工作時，檢測電流該電路正常工作時，檢測電流is以以鋸齒狀脈動軌鋸齒狀脈動軌跡瞬態(tài)跟蹤跡瞬態(tài)跟蹤iref在一個很窄的滯環(huán)帶之內(nèi)。改變在一個很窄的滯環(huán)帶之內(nèi)。改變差放放大倍數(shù)可差放放大倍數(shù)可改變滯環(huán)帶寬度改變滯環(huán)帶寬度，當(dāng)然也與滯，當(dāng)然也與滯回比較器的回差大小有關(guān)。該方案硬件電路結(jié)回比較器的回差大小有關(guān)。該方案硬件電路結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)簡單，電流跟蹤響應(yīng)速度快電流跟蹤響應(yīng)速度快。 主電路圖控制框圖波形圖Goback波形圖P+_vLCv+_電流控制器電壓控制器oSiSVOvoiiRS+_*_ 主電路圖Goback irefis+-PWM波uoUofUo+-主電路圖Goback控制框圖 3、Pspice仿真結(jié)果仿真結(jié)果設(shè)計的關(guān)鍵在于各項參數(shù)的選擇確定。通過